양자 역학적 현상을 이용하여 연산을 수행하는 컴퓨터.

양자 컴퓨터는 양자 정보의 최소 단위인 큐비트(qubit)의 상태를 제어하여 연산과 양자 알고리즘을 수행하기 위한 장치다.
1980년 미국 물리학자 폴 베니오프(Paul A. Benioff)가 최초로 양자 컴퓨터의 개념을 제시하였다. 1981년 메사추세츠 공과 대학교(MIT)와 아이비엠(IBM)이 공동 주최한 학술 회의(콘퍼런스)에서 리차드 파인만(Richard Feynman)은 양자 현상을 이용한 컴퓨팅 이론을 발표하였다.

양자 컴퓨터(quantum computer)에서 양자 정보를 처리하는 양자 연산 프로세스(process)에는 크게 4가지 요소, 즉 정보를 저장하기 위한 안정적인 큐비트(qubit), 큐비트에 연산을 수행하는 양자 연산자(또는 양자 게이트), 큐비트 정보를 읽어내는 측정자 그리고 큐비트의 결어긋남(decoherence)과 연산 과정에서 발생하는 연산자 오류를 정정하기 위한 양자 오류 정정(quantum error correction) 회로가 필요하다.

양자 컴퓨터는 구현할 때에 해결해야 할 여러 장애 요소가 존재한다. 양자 컴퓨터는 연산 프로세스(process) 중에 양자 중첩 상태를 유지해야 하며 연산이 완료된 후 측정을 통하여 최종 결과를 확인해야 한다. 양자 중첩 상태는 외부 환경으로 쉽게 변경되어 일정 시간 동안 상태를 유지하기가 쉽지 않다. 중첩 상태의 오류는 연산 과정 중 누적되며 이로 인하여 신뢰할 수 있는 결과 값을 얻을 수 없게 된다. 양자 컴퓨터가 정확한 연산 결과를 얻기 위해서는 연산을 완료할 수 있을 정도로 중첩 상태를 안정적으로 유지할 수 있어야 한다. 양자 중첩 상태를 오류로부터 보호하기 위해서 양자 오류 정정 기법을 사용하고 있지만, 큐비트 하나의 중첩 상태를 유지하려면 더 많은 수의 큐비트가 필요하여 신뢰할 수 있는 양자 컴퓨터를 구현하는 데 큰 걸림돌이 된다.

양자 컴퓨터는 큐비트와 연산 회로를 구현하는 방식에 따라 크게 아날로그 방식과 게이트 방식으로 분류할 수 있다.
아날로그 방식 양자 컴퓨터 중 양자 어닐러(quantum annealer)는 양자가 가장 안정적인 에너지 상태를 찾아가는 현상을 관측하는 방식이다. 이 방식은 복잡한 수학 함수의 전역(global) 최소를 찾는 방법으로 적절하다. 예를 들면 교통 흐름 최적화, 최소 이동 거리 찾기와 같은 최적화 문제 해결에 유용하게 쓰일 수 있다. 아날로그 방식의 양자 컴퓨터는 게이트 방식에 비하여 양자 오류에 대한 내성은 상대적으로 높은 편이다. 그러나 풀려고 하는 문제의 규모가 커질수록 양자 오류에 민감해져 올바른 답을 구할 확률이 급격히 낮아지는 성질이 있어 성능에 한계가 있다. 2011년 5월 캐나다 디웨이브 시스템(D-Wave Systems)사가 상용화한 양자 어닐링(annealing) 방식의 양자 컴퓨터가 대표적인 아날로그 방식 양자 컴퓨터다.게이트 방식의 양자 컴퓨터는 문제 해결에 유니버셜(universal) 게이트를 이용한 양자 회로 구성으로 양자 연산과 알고리즘을 수행한다. 양자 컴퓨터의 최종적인 기술로 고려되지만 오류에 취약하여 안정적인 큐비트와 연산자 구현을 위한 기법이 필요하다. IBM에서 개발하는 IBM Q quantum processor가 대표적인 게이트 방식 양자 컴퓨터다.